水电站直流系统在东南亚地区的故障分析与技术改造

刘本利，姚建中，王 亮，杨培瀚

（中国电建集团海外投资有限公司，北京100048）

1 概述

直流系统是水电站重要组成部分，给监控系统、继电保护装置、断路器操作及各类重要设备元件提供电源，关系到电站乃至整个电网的安全运行。系统构成见图1。

图1 直流系统系统构成

老挝、尼泊尔、缅甸等东南亚国家由于电网薄弱、远距离输电等因素造成电网不稳定，尤其水电站甩负荷形成的短时高电压，使发电厂直流系统充电模块频繁故障，返修率高。由于工程项目均在国外，备件供应及设备维修周期较长，成为电站长期稳定运行的安全隐患，也对中国设备的质量造成一定的负面影响。

2 故障分析

根据老挝、尼泊尔、缅甸几个水电站长期运行经验，直流系统故障主要表现为充电模块炸机，或是模块上电后有放电声，欠压报警（E31故障）。经对损坏的充电模块进行专业检测分析，炸机的主要原因为整流桥MOS管烧毁，系充电模块输入异常高压情况下，不仅使整流桥MOS管过压而烧毁，并破坏了周边线路及器件，欠压报警的原因为部分内部电源用MOS管损坏。

上述模块故障均因MOS管接入异常高电压受损，而充电模块（GF22020-10）设计输入范围是380 VAC±20%，过压保护点为456 VA，这就表明实际接入的交流输入电压尖峰达到了500 V或更高，超过功率器件最高耐压值，造成了MOS管损坏。

为此，电站现场经过一段时间监测电网运行情况及厂用电电压，发现电压稳定性较差，尤其在机组甩负荷过程中，厂用电电压会超过额定电压380 VAC的30%，确认直流系统输入过电压是造成充电模块损毁的直接原因。

3 改造技术方案

3.1 充电模块配置加强型元器件

针对系统输入异常电源电压超过整流桥MOS管耐压极限的情况，采用加强型功率元件，增加MOS管耐压裕量，提高模块抗电压冲击能力。

充电模块原设计采用的整流桥MOS管为24N80（耐受电压 800 V），调整为 24N90（耐受电压900 V），考虑电压应降额使用（降额系数0.9），整流桥MOS管耐压可以承受810 V电压。抗电压瞬间扰动能力可以达到交流输入的1.5倍，即电压波动到574 VAC（1.5×380 VAC），计算公式如下：

此时，整流桥MOS管24N90较24N80的1.35倍抗电压波动能力明显增强。

3.2 交流进线端配置过压保护装置

当电网或电站机组甩负荷时，电网电压会升高到较高的水平，并持续时间较长，可达秒级，为了提高和完善过压保护和接地的可靠性，特开发研制了过压保护装置，该保护装置配合相应容量的空开使用，当电压较长时间过高时、缺相、欠压时空开跳开，保护充电模块；当发生相对较短时间的高电压（高压波峰）时，保护装置通过阻容元件直接吸收及泄放此部分能量，避免直流电源充电模块整流桥及压敏等器件的损坏。原理图如图2。

3.3 配置隔离变压器

根据电压隔离保护理论和已有电站的运行经验，进线侧配置隔离变压器也能有效改善直流系统的运行稳定性，保护充电模块不被烧毁，但在建设完成，并投入运营的水电站项目中，设备布置存在较大困难，成本投入也较高，在具备条件的情况下，可以选择使用。

4 实施效果

鉴于电站时间条件限制，直流系统的技术改造仅仅采用了措施3.1和3.2，在2年来的运行过程中，也经历了多次系统甩负荷或解列、电站机组甩负荷等特殊工况，直流系统再未出现充电模块炸机、烧毁或其他类似故障，设备运行正常，证明该技术改造是成功的，直流系统设备适应了东南亚地区的运行环境。

图2 原理图

5 建议

（1）鉴于东南亚各国的电网情况，建议水电站直流系统设备在选型和技术参数选择时充分考虑当地运行环境，适当做好过压保护措施。

（2）直流系统设备是电站安全的保障，建议选取高品质的设备，而中国完全有能力设计、制造满足需求的优质产品。

（3）直流系统设备是发电厂、变电站必备的常规产品，但技术细节仍需专业机构来分析诊断，建议专业的人做专业的事。